船舶制冷原理

船舶辅机
p (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 54 tk 3
2 2´
6 6
´
q´0 q0
t´ 0
t0
1 1´
h
单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量G
Q0
船舶辅机
(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p 54
tk 3
t0
2 2´
6 6
t´ 0
1 1´
´
单位压缩功w0 制冷剂质量流量G pk / p0 3 时，P最大
v1 G P (w0
0
w w´ 0
0
h
R12 Q0 R22 不变 G ) R717
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
发生在蒸发器后的吸气管中的过热过 有害过热： 程，装置的q0未增加，Q0和下降。 过热度大小的确定： 对制冷系数的影响 防止液击[Liquid strike]，减少有害过热 氨 蒸发器出口：干饱和蒸气 压缩机吸气过热度：5~8oC
VT Vs / Q0 /( qv )
3 m /s
船舶辅机
热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
压缩机的理论功率： P T
G w0
kW
船舶辅机
热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
指示效率(考虑非等熵压缩的损失，0.8) 压缩机的指示功率：
'
C (t4 t4' ) C (t1' t1 )
' ''
h4 h4' h1' h1
''
过热度>过冷度
t1' t1 t4 t4'
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
装置是否可采用回热循环?
R12 Yes
R22 Yes (防止闪气) R717 No
2
f 5
g 6
1 a b
h
单位轴功率制冷量：
Q0 G(h1 h5 ) Ke P G(h2' h1 ) /
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单位轴功率制冷量Ke 压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量， 相当于实际制冷系数。 开启式压缩机的Ke值: R12：3.1~4.0 R22：3.4~4.3
1 a b
h
kJ/kg
等熵压缩单位理论功：w0 h2 h1 1-2为等熵压缩线
'
船舶辅机
热力 计算
c
4
e
3 d
2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
单位指示功： wi
h2 h1
kJ/kg
船舶辅机
热力 计算
c
4
e
3 d
2’
2
f
5
g
6
1 a
b
h
理论制冷系数：
[Coefficient Of Performance(COP)]
kJ/(kg m )
若压缩机转速n和工作缸数不变，则VT为定值。
因此
Q0 f (, qv )
P f (,, wv )
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(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
p
5´ 4´ t´ k 3´
5
tk 3
t0 1
2´
4 6´
2
6
h
冷凝温度tk时：1-2-3-4-5-6-1 冷凝温度升高为t´k时： 1-2´-3´-4´-5´-6´-1
切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升高的因 素，都会使冷凝温度(压力)升高。反之降低。
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(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响
p
54 tk 2 2´
3
t0 t´0
6 6
1 1´
´ 蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-6-1 蒸发温度降低为t´0时：
h
1´-2´-2-3-4-5-6-6´-1´
w0 w´
0
h
P
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将低压蒸气看作理想气体
k 1 w0 k p0v1 pk k 103 1 wv v1 k 1 v1 p0 单位容积压缩功
k 1 k VT k pk P p0 1 103 T p0 3600 k 1
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(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 p t´ k 3´ 5´ 4 ´ 2´ tk 5 2 3 4 6´ t0 1
6
q´0 q0
h
单位制冷量q0 输气系数 吸气比容v1 不变
qv
Q0
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p
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
5´ 4´
5
t´ k tk
3´ 3
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问题：制冷剂由高压变为低压以( 膨胀阀 )为分界 1 点。冷剂流经膨胀阀( 比焓)相等，冷剂由( 过冷 ) 2 3 液体变成( 湿 )蒸气。冷剂在蒸发器进口是 4 (湿蒸气)、出口是(过热蒸气)。冷剂在蒸发器中 5 6 完全气化前是( 降 )压( 降 )温过程、干度( 增加) 。 7 8 9 冷剂在压缩机吸气管中吸热流动过热度( 增加 ) 、 10 压力( 降低) ，冷剂在压缩机进口是( 过热 )蒸气、 11 12 出口是( 过热 )蒸气；冷剂在液管中流动一般是 13 ( 14 )压( 15 )温过程。 降 升
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热力 计算
p
4 e
c 3
d 2’ 2
f 5
g
1
a b
6
h
单位（质量） 制冷量：
q0 h1 h5
kJ/kg
船舶辅机
热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
3 kJ/m
单位容积制冷量：qv
q0 / v1
船舶辅机
热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理 一、单级蒸气压缩式制冷循环 理论循环的假设，实际循环的热 力计算参数概念。
二、单级制冷压缩机的工况和特性 工况参数(冷凝温度、蒸发温度)、 过冷度、过热度变化对性能的影 响、压缩机工况的概念。
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2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
理论循环的假设 压缩机的压缩过程不存在换热和流阻 等熵过程
从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀 阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，使 进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。
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2、制冷压缩机的性能曲线
[Refrigeration Compressor] [Performance Curve] 轴功率P/kW
75 60 45 30
冷凝温度tk=40oC
冷凝温度tk=30oC
g
6
1 a
b
h
3 m /s
压缩机的容积流量：
Vs G v1 Q0 v1 / q0 Q0 / qv
船舶辅机
c
热力 计算
4
3 d
2’
2
e
f 5
g
6
1 a
b
h
输气系数 [Volumetric Efficiency] ：含义、组成、影响因素与空压机类似。
压缩机的理论流量（活塞行程容积）：
2
2´
4
6´ t0 1
6
w0 w´0
h
单位压缩功w0
吸气比容v1 不变
wv P
q0 制冷系数 w0
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问题：下列( )会使冷凝温度tk增高。 A. 冷却水流量减少 B. 空气进入系统 C. 制冷装置工作时间长 D. 冷凝器换热面脏污 E. 冷却水温度降低 F. 冷剂量过多
换热管浸于液体中
制冷剂在流动过程中无阻力损失
制冷剂只与热交换器有热交换，流 过膨胀阀不作功
等压过程
等焓过程
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p 3
1:出蒸发器进压缩机
tk 2
2:出压缩机进冷凝器
4
t0 1 h
3:出冷凝器进膨胀阀
4:出膨胀阀进蒸发器
1－2：压缩机中的等熵压缩过程 2－3：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程 3－4：膨胀阀内的等焓节流过程 4－1：蒸发器内的吸热等压气化过程
3 kJ/m
kW
p0 0 p0 pk
wv 0 在此期间有最大值 PT 0
PT
Q0
温度降低
t0
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问题：下列(
)会使蒸发温度t0降低。 切记：使蒸 发器蒸发量 下降或压缩 机抽气量升 高的因素， 都会使蒸发 压力下降。 反之升高。
(假设每一行程 压缩机抽气量不 变）
A. 冷库加入新食品 B. 蒸发器化霜 C. 膨胀阀开度调大 D. 压缩机工作缸数增加
氟利昂：蒸发器出口过热度3~6oC
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
回热循环[Regeneration Cycle] ：
利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流[Throttle]前的 冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热量交换， 是液体过冷、气体过热的工作循环。
冷凝器 4 2’ 1’
高温工况
低温工况
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热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
kW
冷凝器的热负荷：
Qk Q0 Pi
一般为制冷量的1.2 ~ 1.3倍
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问题：Ke=4，每消耗1度电制冷量为( 4
)kWh。
热泵空调器冬季工作， Ke=4，每消耗1度电向室 内供热( 5 )kWh。
P G wi Gw0 /i P /i i T
kW
船舶辅机
热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
机械效率(0.9)
压缩机的轴功率：
总效率(0.7)
kW
P P /m P /(m i ) P / i T T
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热力 计算
c 4 e 3 d 2’

q0
0
392 240
464 412
2.92
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热力 计算
c 4 e 3 d 2’
2
f 5
g 6
1 a b
h
kg/s
Q0 G 冷剂的质量流量： Q0 / q0 h1 h5
[Refrigerant]
按冷库条件计算
船舶辅机
热力 计算
c 4 3 d 2’ 2
e
f 5
h1 h5 q0 / w0 h2' h1
船舶辅机
问题：冷剂在压缩机进口焓值为400kJ/kg，出口 焓值为450kJ/kg，冷凝器出口焓值为250kJ/kg， 制冷系数为( )。 q0 400 250 450 400 3 0
问题：压缩机进出口h1=412kJ/kg， h2=464kJ/kg， 冷凝器出口焓值为h3’=250kJ/kg，膨胀阀进口 h3=240kJ/kg，蒸发器出口h1’=392kJ/kg，制冷系 数为( )。
回热器 膨胀阀
5’ 4’ 1
蒸发器
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问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷 剂放热？ 液态冷剂流过回热器时：压力 温度 焓值 过冷度
气态冷剂流过回热器时： 压力 温度 焓值 过热度
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p 4´ 4
pk
3
2
2´
5´
5
p0
1
1´
h
C C
？
？
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1.工况参数对制冷工作的影响 制冷压缩机的制冷量： 制冷压缩机的轴功率：
Q0 Gq0 VT qv
kJ/h
P Gw0 / VT w0 /(v1) VT wv /
kW
压缩机的单位容积压缩功，即每压送1m3吸气状态下的 3 蒸气所消耗的理论功。
wv w0 / v1
p
4´ 4
pk
3
2
2´
5´
5
p0
1
1´
h
1-2-3-4-5-1 无过冷过热时：
有过冷过热时： 1´-2´-2-3-4-4´-5´-5-1-1´
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p 4´ 4 pk 3 2 2´
5´
5
p0
1
1´ h
q0 q´0 过冷度
q0 P 不变
Q0

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p
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 4´ 4
pk
3
2
2´
5´
5
p0
1
1´
q0 q´0
w0 w´0
h
过热度
q0
w0
q0 w0
?
R12 R22 不变(略降) R717
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
p 4´ 4 pk 3
2
2
´
5
5
p
1
1´
´ q0
过热度
q q´0 0
制冷量Q0 /(103kcal/h)
E. 蒸发器风机转速降低 F. 蒸发器结霜加厚 G. 冷库库温降低 H. 压缩机皮带打滑
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
[Sub-cooling degree] [Super-heating degree]
冷凝器
4
2’
1’
回热器
4’
膨胀阀
5’
1
蒸发器
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(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响
压缩机进出口焓值分别为420kJ/kg和475kJ/kg，冷 凝器出口焓值为250kJ/kg，单位制冷量为 ( 170 )kJ/kg，冷凝器单位排热量为( 225 )kJ/kg 。
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二、单级制冷压缩机的工况和特性 压缩机的工况：决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等 蒸发温度 冷凝温度 蒸发压力 蒸发器单位时间产气量 压缩机单位时间吸气量 蒸发器传热不良 蒸发量 库温降低 蒸发器供液不足 蒸发压力 冷凝压力 压缩机单位时间排气量 冷凝器单位时间冷凝量 吸气压力高 质量流量大 冷凝压力 冷凝器换热能力差